CN112846071B - 一种高温窑炉的集热交换方法与机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铸型材料处理技术领域，公开了一种高温窑炉的集热交换机构，包括设于炉体内的封板，封板为横向设置，封板将炉体分割为第一腔室和第二腔室，在封板上设有多个连通单元；在炉体下部还设有风源和气室，气室与第二腔室连通，第二腔室底部设有多个所述连通单元；连通单元包括连通管和风帽，穿过封板且下端与第二腔室连通，连通管上端与风帽连通，风帽周向设有多个出风口。采用该集热交换机构可以提高热交换效率，减少热量损失。

Description

一种高温窑炉的集热交换方法与机构

技术领域

本发明涉及铸型材料处理技术领域，具体涉及一种高温窑炉的集热交换方法与机构。

背景技术

焙烧炉是高温窑炉的一种，是铸造废砂热法再生技术的主要设备，通过对废砂进行高温焙烧，使废砂表面的覆膜层脱落，实现废砂的再生回用。

目前常用的焙烧炉为立式两层焙烧炉，炉体的上部连接有排料管和连通有主管，主管内设有燃烧器，该焙烧炉工作时具体的流程如下：通过进料管往上燃烧室加入废砂，废砂在封板上流动，然后依次落入下燃烧室，最后通过排料管排出。与此同时，燃烧器加热主管内的空气，使空气温度升高，主管往下燃烧室通入炽热的空气，炽热空气对废砂进行加热。在这个过程中空气依次从下燃烧室流向上燃烧室，最后通过进料管排出；空气从下燃烧流向上燃烧室时有两个路径，第一个路径是直接通过封板流向上燃烧室，第二个路径为与废砂流动方向相反的方向。

但是现有技术中的焙烧炉能耗较大，能源利用率较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温窑炉的集热交换方法与机构，采用该集热交换机构可以提高热交换效率，减少热量损失。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种高温窑炉的集热交换机构，包括设于炉体内的封板，封板为横向设置，封板将炉体分割为第一腔室和第二腔室，在封板上设有多个连通单元；在炉体下部还设有风源和气室，气室与第二腔室连通，第二腔室底部设有多个所述连通单元；连通单元包括连通管和风帽，连通管穿过封板且下端与第二腔室连通，连通管上端与风帽连通，风帽周向设有多个出风口。

采用本方案的原理和有益效果在于：很多企业想解决焙烧炉能量消耗大的问题却不得其法，原因在于在能耗损失较大的原因上陷入了误区。发明人经多年研究，创造性的发现了影响焙烧炉的能耗的原因所在。

发明人经过多年研究发现，现有技术中的高温窑炉的能源消耗较多的主要原因是能量没有得到充分的利用。现有技术中虽然也有余热回收利用的结构，但是现有技术中热量在回收利用时，待焙烧室的废砂在螺旋管内从上往下流动，而热空气在管外从下向上流动并对螺旋管内的砂进行加热。发明人发现现有技术中的换热方式存在以下问题：1.现有技术中为了提高换热效率，就需要增大热空气与螺旋管的面积，即螺旋管的横截面一般都做的比较大。而砂在螺旋管内几乎没有横向的移动，即热空气只能对靠近螺旋管管壁的砂进行加热，而无法对管内的砂进行加热；2.现有技术中的管一般是竖直设置的，砂在螺旋管内是做自由落体运动的，这就导致砂在螺旋管内的运动速度很快，时间很短，就导致砂与热空气的换热时间很短，使热空气的热量无法被充分利用。

采用本方案时，炉体内的砂经过高温焙烧后在封板上流动，本申请中设置的风源和风室和第二腔室连通，启动风源，风源产生风力并通过气室进入到炉体内。风源产生的风是通过连通单元进入到炉体内的。即风源产生的风先通过连通管后进入风帽内并从风帽侧部的出风口喷出。在风源的作用下，从出风口喷出的风是向上流动，而经过焙烧的砂是在封板上横向流动的，即本申请中空气是直接与焙烧砂接触，将现有技术中的传导式换热更改为接触式换热，提高了热交换效率。而且砂的流动方向与空气的流动方向相垂直，可以使砂与空气的接触效果更为均匀，换热效果更好。

进一步，连通单元沿封板均匀设置。

进一步，炉体上端还设有余热回收结构。

进一步，余热回收结构包括管体，管体竖直设置且一端与第一腔室连通，管体内设有多个余热回收部。

进一步，余热回收部包括余热回收板，余热回收板呈锥状且与管体内壁固接。

进一步，出风口的数量为两个，两个出风口分别位于风帽两侧。

本方案还提供一种高温窑炉的集热交换方法，包括如下步骤：

(1)启动高温窑炉内的燃烧机，对高温窑炉进行燃烧并升温；

(2)向高温窑炉内加入待焙烧的废砂；

(3)从高温窑炉底部向高温窑炉通入气流。

附图说明

图1为本发明一种高温窑炉的集热交换机构实施例一的结构示意图；

图2为图1中A处放大图；

图3为图1中C处放大图；

图4为本发明一种高温窑炉的集热交换机构实施例一中管体的局部剖视图；

图5为本发明一种高温窑炉的集热交换机构实施例二中管体的局部剖视图；

图6为图5中的B处放大图；

图7为图6中的D处放大图；

图8为本发明一种高温窑炉的集热交换机构实施例二中凸轮与弹性波纹管配合的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：炉体1、封板2、罗茨风机3、风管4、气室5、封闭箱6、排砂管7、风腔8、排砂腔9、燃烧机10、进料口11、风帽12、出风口13、管体14、回收板15、滑槽16、拉簧17、连通管18、支撑杆19、容纳腔20、缸体21、活塞22、活塞杆23、连接管24、挡块25、抵紧块26、滑动槽27、气道28、第二压簧29、底座30、连接段31、触发段32、气管33、叶片34、涡轮35、转轴36、凸轮37、弹性波纹管38、气囊39、出气口40、泄压阀41、外管42、内管43、第一压簧44、支撑柱45。

实施例一

本实施例基本如图1和图2所示，一种高温窑炉的集热交换机构，包括设于炉体1内的封板2，封板2为横向设置，封板2将炉体1分割为第一腔室和第二腔室，第一腔室上端设有进料口11，第一腔室内设有燃烧机10。在封板2上设有多个连通单元；在炉体1下部还设有风源和气室5，本实施例中的风源为罗茨风机3，罗茨风机3出风端连接有风管4，风管4位于风室的下方且与风室连通。气室5与第二腔室连通，第二腔室底部设有多个连通单元，多个连通单元沿封板2均匀设置。位于封板2上的连通单元包括连通管18和风帽12，连通管18穿过封板2且下端与第二腔室连通，连通管18上端与风帽12连通，风帽12周向设有多个出风口13，本实施例中出风口13的数量为两个，两个出风口13分别位于风帽12两侧。位于第二腔室内的连通单元同样包括连通管18和风帽12，连通管18穿过第二腔室且下端与风室连通。

结合图4所示，炉体1上端还设有余热回收结构。余热回收结构包括管体14，管体14竖直设置且一端与第一腔室连通，管体14内设有多个余热回收部。余热回收部包括余热回收板15和支撑柱45，余热回收板15呈锥状且与通过支撑柱45与管体14内壁固接，支撑柱45两端分别与管体14内壁和余热回收板15连接。

结合图1和图3所示，本实施例中的集热交换机构还包括排砂机构，第一腔室与第二腔室通过排砂机构连通，第二腔室下部连接有排砂机构。其中一个排砂机构位于炉体1左侧中部，另一个排砂机构位于炉体1右侧下部。排砂机构包括封闭箱6和排砂管7，排砂管7与封闭箱6下部连通；排砂管7沿长度方向设有隔板，隔板将排砂管7分为排砂腔9和风腔8，风腔8连通有排风风机(图中未画出)。排砂腔9内设有多个排风部，排风部包括外管42和内管43，外管42上端封闭，外管42内连通腔，内管43位于外管42内且内管43两端分别与外管42和风腔8连通，外管42侧部设有出气口40；排砂管7的长度大于排砂管7高度的三倍。

本方案还提供一种高温窑炉的集热交换方法，包括如下步骤：

(1)启动高温窑炉内的燃烧机10，对高温窑炉进行燃烧并升温；

(2)向高温窑炉内加入待焙烧的废砂；

(3)从高温窑炉底部向高温窑炉通入气流。

具体实施过程如下：采用本方案时，炉体1内的砂经过高温焙烧后在封板2上流动，本申请中设置的罗茨风机3和风室和第二腔室连通，启动罗茨风机3，罗茨风机3产生风力并通过风管4和气室5进入到炉体1内。罗茨风机3产生的风是通过连通单元进入到炉体1内的。即罗茨风机3产生的风先通过连通管18后进入风帽12内并从风帽12侧部的出风口13喷出。在罗茨风机3的作用下，从出风口13喷出的风是向上流动，而经过焙烧的砂是在封板2上横向流动的，即本申请中空气是直接与焙烧砂接触，将现有技术中的传导式换热更改为接触式换热，提高了热交换效率。而且砂的流动方向与空气的流动方向相垂直，可以使砂与空气的接触效果更为均匀，换热效果更好。

砂在流动过程中，其会先进入到封闭箱6内并从封闭箱6流动到排砂腔9内。因为排砂腔9的长度大于排砂管7高度的三倍，所以排砂管7形成的对角线的角度是小于砂的安息角的，所以当砂从封闭箱6流动到排砂管7靠近封闭箱6的端部时，砂不能自然流动并流出排砂管7，即砂进入到排砂管7处时是会堆积的，而砂本身的粒度就很小，即砂本身间的间隙就非常小，砂堆积在排砂管7处就可以对排砂管7起到一个自密封的作用，防止空气沿排砂管7逆向流动，使空气只能按照预想的路线流动，从而达到排砂的效果。而当需要将砂从排砂管7排出时，启动排放风机3，排风风机产生风，排风风机产生的风进入风腔8内并通过风腔8进入到内管43内，并经过内管43进入外管42内。因为外管42的上端封闭且侧部开有出气口40，所以风只能从外管42下部的侧壁的出气口40吹出并吹动砂沿排砂管7流动，达到排砂的效果。在此过程中，仍有砂堆积在排砂管7端部，达到自封闭效果。

实施例二

结合图5和图6所示，本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中，管体14上端连通有气管33。本实施例中还包括多个支撑杆19，在管体14内壁设有滑槽16，滑槽16的数量与支撑杆19的数量相同。本实施例中，支撑杆19的数量为四个，每个支撑杆19分别与其中一个滑槽16对应。每个支撑杆19一端均与余热回收板15连接，另一端分别位于滑槽16内且与滑槽16滑动配合。

在滑槽16内设有拉簧17，拉簧17两端分别与滑槽16底端和支撑杆19端部焊接。在滑槽16侧部还固定连接有挡块25，挡块25与滑槽16侧壁焊接。管体14内壁还设有容纳腔20，容纳腔20与滑槽16垂直。容纳腔20内设有缸体21，缸体21内滑动连接有活塞22，活塞22连接有活塞杆23。活塞杆23穿过缸体21且连接有抵紧块26，抵紧块26纵截面呈直角三角形。

结合图5和图8所示，本实施例中还包括涡轮35，涡轮35周向设有多个叶片34。涡轮35位于气管33内且通过轴承与气管33转动连接。涡轮35同轴连接有转轴36，转轴36穿过气管33且通过平键连接有凸轮37。本实施例中还包括弹性波纹管38和连接支管，弹性波纹管38一端与气管33固定连接，弹性波纹管38一端设有单向进气阀，弹性波纹管38与连接支管一端连通，弹性波纹管38与连接支管连接处设有单向出气阀，连接支管另一端与气囊39连通。气囊39通过连接管24与缸体21连通。连接管24上设有泄压阀41。在缸体21内设有第一压簧44，第一压簧44一端与缸体21端部连接，第一压簧44另一端与活塞22远离活塞杆23的端部连接。

结合图7所示，在缸体21侧壁还开有滑动槽27，滑动槽27内滑动连接有滑动块。滑动块包括底座30、连接段31和触发段32，连接段31两端分别与底座30和触发段32连接。触发段32纵截面呈三角形。连接段31的长度小于连接段31的长度。在滑动槽27底端和底座30间设有第二压簧29。缸体21侧壁还开有气道28，气道28呈“L”形，气道28一端穿过缸体21侧壁另一端。

发明人发现，现有技术中的余热回收板15的换热效果随着时间推移而导致换热效果减弱，主要原因在于焙烧炉在工作过程中会产生很多的粉尘等，粉尘会和尾气一起排出。而在粉尘与余热回收板15接触时，会有一部分粉尘粘附在余热回收板15上。时间长后，会在余热回收板15上形成一层由粉尘构成的隔热层，隔热层使得尾气不能直接与余热回收板15接触而导致换热效率下降。

本实施例中，尾气通过排气管33排出后进入到气管33内。因为气管33内转动连接有涡轮35，涡轮35周向设有多个叶片34。尾气在进入气管33流动时会推动叶片34转动，即尾气会吹动涡轮35转动。与涡轮35同轴连接的转轴36在涡轮35的带动下一同转动。而转轴36转动时会带动凸轮37转动。凸轮37转动过程中，会间歇性的击打弹性波纹管38，使弹性波纹管38压缩并排出里面的气体。从弹性波纹管38排出的气体会通过连接支管进入到气囊39内，使气囊39内的气压增大。当气囊39内的气压增大到一定的程度后，泄压阀41打开，气体通过连接管24进入到缸体21内，并使缸体21左边的气压增大，推动活塞22向右移动，活塞22向右移动时带动活塞杆23和抵紧块26一起向右移动，抵紧块26不再与支撑杆19接触，支撑杆19在拉簧17的弹性作用以及其自身重力作用下快速向下掉落，并与挡块25碰撞。此时，余热回收板15上的灰尘可以被震落下。

在活塞22向右移动的过程中，会与滑动块接触。因为滑动块上端的触发段32纵截面为三角形，所以活塞22在与滑动块接触时会使触发段32向下滑动，而当连接段31滑动到气道28处时，缸体21内的气体会通过气道28排出，使缸体21内的气压恢复到正常的水平，活塞22在第一压簧44的作用下向左滑动，并推动活塞杆23以及抵紧块26向左滑动。抵紧块26与支撑杆19端部接触并带动支撑杆19向上滑动。这样可以实现余热回收板15的间歇性振动，从而避免粉尘沾在余热回收板15上，提高换热效率。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (3)

1.一种高温窑炉的集热交换机构，其特征在于，包括设于炉体内的封板，封板为横向设置，封板将炉体分割为第一腔室和第二腔室，在封板上设有多个连通单元；在炉体下部还设有风源和气室，气室与第二腔室连通，第二腔室底部设有多个所述连通单元；连通单元包括连通管和风帽，连通管穿过封板且下端与第二腔室连通，连通管上端与风帽连通，风帽周向设有多个出风口；

炉体上端还设有余热回收结构，余热回收结构包括管体，管体竖直设置且一端与第一腔室连通，管体内设有多个余热回收部；余热回收部包括余热回收板，余热回收板呈锥状且与管体内壁固接；

管体上端连通有气管，还包括多个支撑杆，在管体内壁设有滑槽，滑槽的数量与支撑杆的数量相同；支撑杆的数量为四个，每个支撑杆分别与其中一个滑槽对应；每个支撑杆一端均与余热回收板连接，另一端分别位于滑槽内且与滑槽滑动配合；

在滑槽内设有拉簧，拉簧两端分别与滑槽底端和支撑杆端部焊接；在滑槽侧部还固定连接有挡块，挡块与滑槽侧壁焊接；管体内壁还设有容纳腔，容纳腔与滑槽垂直；容纳腔内设有缸体，缸体内滑动连接有活塞，活塞连接有活塞杆；活塞杆穿过缸体且连接有抵紧块，抵紧块纵截面呈直角三角形；

还包括涡轮，涡轮周向设有多个叶片；涡轮位于气管内且通过轴承与气管转动连接；涡轮同轴连接有转轴，转轴穿过气管且通过平键连接有凸轮；

还包括弹性波纹管和连接支管，弹性波纹管一端与气管固定连接，弹性波纹管一端设有单向进气阀，弹性波纹管与连接支管一端连通，弹性波纹管与连接支管连接处设有单向出气阀，连接支管另一端与气囊连通，气囊通过连接管与缸体连通，连接管上设有泄压阀；在缸体内设有第一压簧，第一压簧一端与缸体端部连接，第一压簧另一端与活塞远离活塞杆的端部连接；

在缸体侧壁还开有滑动槽，滑动槽内滑动连接有滑动块；滑动块包括底座、连接段和触发段，连接段两端分别与底座和触发段连接；触发段纵截面呈三角形；连接段的长度小于连接段的长度；在滑动槽底端和底座间设有第二压簧；缸体侧壁还开有气道，气道呈“L” 形，气道一端穿过缸体侧壁另一端。

2.根据权利要求1所述的一种高温窑炉的集热交换机构，其特征在于：连通单元沿封板均匀设置。

3.根据权利要求1所述的一种高温窑炉的集热交换机构，其特征在于：出风口的数量为两个，两个出风口分别位于风帽两侧。

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